电力系统分析基础(第一章)hd课件

NorthChinaElectricPowerUniversity电力工程系DepartmentofElectricalEngineering电力系统分析基础PowerSystemAnalysisBasis（一）任建文2026/2/131

课程内容简介

一.教师自我介绍

二.课程介绍—

给出一个课程及电力系统全貌三.讲课方式四.参考书2026/2/132

课程介绍1.电力专业类专业课程介绍

----传统上的课程划分，为选课提供参考电力系统稳态分析—正常的、相对静止的 运行状态电力系统暂态分析—从一种运行状态向另 一种运行状态的过渡过程2026/2/133

课程介绍电力系统稳态分析电力系统的基本知识和等值网络电力系统正常运行状况的分析和计算电力系统有功功率—频率、无功功率 —电压的控制与调整2026/2/134

课程介绍电力系统暂态分析波过程—操作或雷击产生的过电压(过程最短)

高压课程主讲电磁暂态过程—与短路及励磁有关(过程较长)机电暂态过程—与动力系统有关(过程最长)涉及电压、电流 电力系统故障分析主讲涉及功率、功角—导致系统振荡、稳定性破坏、异步运行短路计算对称分量法及序网概念不对称故障的分析与计算静稳暂稳2026/2/135

课程介绍发电厂电气部分电气主接线—卖电的网络电器的原理与选择—卖电的工具控制与信号—二次系统配电装置—电器的组合及布置高压断路器运行同步发电机的运行变压器的运行2026/2/136

课程介绍电力系统继电保护原理电流保护距离保护高频保护自动重合闸变压器保护发电机保护母线保护2026/2/137

课程介绍2.电力工程

非电力类专业选修课程，了解电力系统的入门课程，深度不够、面面俱到稳态分析故障计算一、二次系统稳定性防雷综合性基础性50学时五门电专业课程三掌握基本知识基本计算基本原理二目的一般性认识业务技术管理2026/2/138

课程介绍主要学习电力系统的基本知识，分七章介绍电力系统的组成—发、输、变、配短路电流分析与计算—故障分析，三相短路概念电气参数及等值电路—物理元件的数学模型稳态分析与计算—功率流动、潮流计算、有功 调整、无功调整发电厂和变电所一次系统—接线方式，电气设备发电厂和变电所二次系统—继电保护，电网监护电力系统运行稳定性—静稳、暂态稳定2026/2/139

课程介绍3.电力系统分析基础

-------今年改革后的电力系的平台课程主要学习电力系统稳态和短路分析知识电力系统的基本概念—发、输、变、配。8学时电力网元件参数及等值电路—物理元件的数学模型8学时简单电力网稳态分析与计算—功率流动、手工潮流计算8学时2026/2/1310

课程介绍电力系统潮流的计算机算法—潮流计算的基本原理、数学模型、求解方法和计算程序框图。8学时有功最优分配及频率控制—如何保证低损耗、高回收6学时无功功率及电压调整—如何使无功合理分布使电压损耗最小6学时短路电流分析与计算—三相短路及不对称故障计算20学时2026/2/1311

讲课方式1、侧重基础2、物理概念与数学模型相结合3、补充新概念及专业领域研究成果和方向4、辅助教学手段，录像、模型、图片5、以讲为主，自学为辅6、听课自由，前提是有自学能力7、欢迎讨论、提意见8、板书乱、发音不准希望谅解9、考试不会难为同学们，不要求死记硬背2026/2/1312

参考资料1、电力系统分析基础李庚银、栗然、杨淑英，机械工业出版2、电力系统分析复习指导与习题精解杨淑英中国电力出版社5、电力系统自动化、电网技术等杂志3、电力系统稳态分析（第二版）东南大学，陈珩，水利电力出版社 4、电力系统暂态分析（第二版）西安交通大学，李光琦，水利电力出版社2026/2/1313第一章电力系统的基本概念1.电力系统的概念和组成2.电能变换和电源构成3.电力系统的负荷4.电力系统运行的特点及要求5.电力系统的电压等级6.电力系统的接线及中性点接地2026/2/1314第一节

电力系统的概念和组成电力系统由发、输、变、配组成（生产、输送、分配、消费）2026/2/1315第一节

电力系统的概念和组成发电用电输电变电配电2026/2/1316第一节

电力系统的概念和组成电力系统由发、输、变、配组成（生产、输送、分配、消费）2026/2/1317第一节

电力系统的概念和组成从调度、管理、控制的角度看2026/2/1318第一节

电力系统的概念和组成2026/2/1319第一节

电力系统的概念和组成2026/2/1320第一节

电力系统的概念和组成从发电到用户的供电过程2026/2/1321第一节

电力系统的概念和组成2026/2/1322第一节

电力系统的概念和组成2026/2/1323第一节

电力系统的概念和组成厂网分家前电网组成2026/2/1324第一节

电力系统的概念和组成厂网分家前电网情况2026/2/1325第一节

电力系统的概念和组成重新组合后的大区电网图2026/2/1326第一节

电力系统的概念和组成

目前我国电网进入了大电网、大电厂、大机组、超高压输电、高度自动控制的新时代。截止2006年底装机总容量已接近6亿千瓦，到今年底全国拥有的发电装机总容量将接近7亿千瓦，继续居世界第二。

各电网中500KV（包括330KV）主网架逐步形成和壮大，220KV电网不断完善和扩充，750KV输电工程（青海官亭—甘肃兰州东）已投入试运行，晋东南—南阳—荆门1000千伏交流特高压试验示范工程已启动。

近十年1994——2004年，装机由19990万kW增至44070万kW，连续10年平均每年新增发电容量2400万kW，预计今年新增7500万KW1990年我国第一条从葛洲坝水电站至上海南桥换流站的±500KV直流输电线路实现双极运行，使华中和华东两大区电网实现非同期联网，三峡工程使我国一跃成为世界第一的直流输电国家。2026/2/1327第一节

电力系统的概念和组成2026/2/1328050100150200250300美俄日中加德中国发电量和装机容量现居世界第二位建国初期：发电量第25位装机容量第21位2002年：均已跃居第2位GW35029第一节

电力系统的概念和组成

两家电网公司是国家电网公司、中国南方电网有限责任公司； ５家发电集团公司是中国华能集团公司、中国大唐集团公司、中国华电集团公司、中国国电集团公司和中国电力投资集团公司； ４家辅业集团公司是中国电力工程顾问集团公司、中国水电工程顾问集团公司、中国水利水电建设集团公司和中国葛洲坝集团公司。

电力体制改革方案：

1(电监会)+2(电网公司)+5(发电集团)+4(辅业集团)2026/2/1330第一节

电力系统的概念和组成电网图2026/2/1331第一节

电力系统的概念和组成兰虚筐内为输电网红虚筐内为输电网2026/2/1332第一节

电力系统的概念和组成电力系统为什么要互联并网运行呢？1.采用高效率大容量机组—减少备用容量2.合理利用动力资源—水、火电互补3.提高供电可靠性—系统越大，抗干扰能力越强4.提高运行的经济性—装高效率大容量机组、合理利用动力资源、合理分配负荷、削峰填谷。2026/2/13332003年全国联网示意图

华中Central华东East华北North东北Northeast川渝ChuanYu福建Fujian南方South西北Northwest343000MW2500MW7200MW3000MW9000MW10000MW1800MW2000MWHydroPowerBaseThermalBaseAC2005年全国电网互联示意图DC352005年全国电网互联示意图华北西北

华中东北华东南方电网西藏葛沪直流(DC)姜家营－高岭新乡－邯东荆州－惠州直流(DC)背靠背直流龙政直流(DC)三峡362010年全国电网互联示意图华北西北

东北华东

南方电网西藏从三峡到华东的三回直流德阳－宝鸡直流晋城－阳城－江苏AC(orDCLink)灵宝背靠背直流荆州－惠州直流姜家营－高岭交流新乡－邯东背靠背直流华中三峡水电站西北—华北37国家发生时间事故名称事故后果美国2003.8.14北美东部网损失负荷61.8GW，停电8州1省5000万人，停电面积24000平方公里，最长停电29小时，损失300亿美元。瑞典丹麦

2003.9.23瑞典－丹麦停电1800MW，影响500万人用电，停6.5小时意大利2003.9.28意大利6,400MW的功率缺额，最后导致频率崩溃，停电19小时。英国2003.8.28伦敦地铁停电724MW，影响41万用户，50万乘客被困，停电37分钟～1小时马来西亚

2003.9.1马来西亚马来西亚北方5个州发生大停电事故，停电持续约4个小时。国外03年发生的大停电事故－特大停电事故是现代社会的灾难2026/2/1338美国发生的其它大停电事故事故名称时间后果美国东北部大停电1965.11.9最长停电时间达13h，影响居民3000万人，直接经济损失达1亿美元。纽约大停电事故1977.7.13停电时间达25h，停电引起贫民区纵火与抢劫，华尔街计算机停电，损失价值超过百万人小时。美国西部网大停电1994.12.14系统解列成东西南北四个大岛，事故影响到14个州200万人的用电。美国西部网大停电1996.7.2系统解列成五个孤岛，事故影响14个州200万用户美国西部网大停电1996.8.10系统解列成四个孤岛，事故影响9个州750万用户2026/2/1339美国电网为什么频发大停电事故美国电网自1999年起已发生130多起重大停电事故，和其电网的特点有关。由初期的自由竞争发展之后，国家60年代才介入，导致电压等级混乱，、电网结构强弱不一；电力公司对联邦能源管理委员会FERC和NERC的规定和导则基本上处于自愿执行、而不是强制执行的状态；在危急状态下按规定和导则执行了切负荷措施的调度人员，反而可能在事故后受到责难或质询，甚至有被控告到法院；电网结构老化，投入不足，对其开发研究的投资比宠物食品制造商的还少；缺少有效应对紧急情况的方案设计；分散安装，协调不足的安全自动化系统。2026/2/1340第二节

电能变换和电源构成一、电能变换2026/2/1341第二节

电能变换和电源构成二、电源构成及展望

火电70%、水电20%、核电10%

燃料电池、太阳光、太阳能（分散型）—21世纪新能源

热核反应—不使用放射性材料的核能，2030年后实用化2050年时，电力供应是现在的2~3倍（15000亿KW.h)

核能约占54%，燃料电池等分散型电源和电力储存系统约占15%~20%2026/2/1342第二节

电能变换和电源构成我国的能源结构极不合理6323.74.38.8目前电源配置情况2020年电源配置情况2026/2/1343第二节

电能变换和电源构成

预计到2020年全国需要的发电量为4.3万亿kWh，相应的装机容量为9.5亿kW左右(下限8.5，上限10.5)煤电为6亿kW，占63%(电量3万亿kWh，占4.3万亿kWh的70%)水电2亿kW，占21.1%(电量为7000亿kWh，占16%)；抽水蓄能电站2500万KW，占2.6%；核电4000万kW，占4.2%(电量2600亿kWh，占6%)；气电7000万kW，占7.3%(电量3000亿kWh，占7%)；新能源1500万kW，占1.5%(电量400亿kWh，占1%)；2026/2/1344第二节

电能变换和电源构成

到2020年全国达到4.3万亿kWh的电量，相当于全国人均占有电量约为2900kWh(按预测2020年全国人口数为14.7亿人)，这只比2000年世界人均电量2500kWh略高，相当于美国50年代初，英国60年代初的水平，且比西班牙1982年人均占有电量(3100kWh)还低。而西班牙的用电水平是作为我国电力水平国际比较的参照量之一。2006年我国发电装机达5.7亿千瓦

2007年预计装机仍达7000万千瓦

到2010年，接近8亿（每年发展5000万千瓦装机）。

2026/2/1345第二节

电能变换和电源构成二、电源构成及展望2026/2/1346第二节

电能变换和电源构成三、火力发电

火电发电燃料燃烧水蒸汽机械能发电火电厂凝汽式—效率低（37~40%）、容量大，坑口电厂热电厂—效率高（67~70%）、容量小，城市区2026/2/1347第二节

电能变换和电源构成三、火力发电2026/2/1348第二节

电能变换和电源构成三、火力发电2026/2/1350第二节

电能变换和电源构成三、火力发电2026/2/1351第二节

电能变换和电源构成三、火力发电2026/2/1352呼盟煤电基地2160锡盟煤电基地1200晋东南煤电基地外送规模2000陕北煤电基地外送规模1440宁夏灵武煤电基地外送规模1320蒙西煤电基地外送规模3000我国部分煤电基地建设设想方案2026/2/1353第二节

电能变换和电源构成四、水力发电水冲击水轮机旋转带动发电机发电水电厂堤坝式引水式：河床坡度较大时坝后式：单独筑坝，厂房在坝后（三门峡）河床式：厂房与坝一起（葛州坝）混合式：兼有堤坝式与引水式抽水蓄能水电厂2026/2/1354第二节

电能变换和电源构成四、水力发电2026/2/1355第二节

电能变换和电源构成2026/2/13562026/2/13572026/2/1358第二节

电能变换和电源构成四、水力发电2026/2/1359第二节

电能变换和电源构成四、水力发电水资源蕴藏量：6.8亿KW可利用量：3.78亿KW20世纪末，装机3.0亿KW，水电0.9亿KW三峡水位：200m流量：14300m3/s可装机：2500万kw计划装机：70*26=1820万kw，已投9802026/2/1360第二节

电能变换和电源构成三峡电站2026/2/1361第二节

电能变换和电源构成三峡电站2026/2/1362第二节

电能变换和电源构成三峡电站2026/2/1363第二节

电能变换和电源构成

总投资603.3亿元、总工期12年两个月、装机容量1260万千瓦的中国第二大水站——溪洛渡水电站，已于2006年正式开工

长江上再建两个三峡工程的计划已经启动。将在长江上游金沙江河段兴建溪洛渡、向家坝、乌东德、白鹤滩4座梯级电站。这4座电站的总装机容量达3850万千瓦，总装机容量和总发电量都超过两个三峡工程。已探明的最大水电站在雅鲁藏布的墨脱，可装机4380万KW2026/2/1364闽、浙赣

1416湘西

791南盘江红水河

1312乌江

867黄河北干流

609大渡河

1805雅砻江

1940金沙江

4789长江上游

2831澜沧江

2137黄河黑?

龙?江鸭绿江辽河第二

?松花

江河黄河淮洪泽湖江长富春江闽江

鄱阳湖赣江汉水清江洞庭湖资水沅水澧水乌江长江岷江大渡河雅砻江

金沙江黄河大通河青海湖洛河渭河南?江盘红

水河北江东江澜沧江怒江雅鲁藏布江通天河塔里木河车尔臣河孔雀河葛洲坝271。5隔河岩

120三峡1768天生桥

120天生桥

132岩滩

120漫湾

125二滩

330龙羊峡

128李家峡

200刘家峡

116白山

150滦河水电基地Hydropowerbases东北1131黄河上游

141565第二节

电能变换和电源构成五、核电厂核能用核蒸汽发生系统代替火电厂锅炉生产蒸汽系统裂变能：一定能量的中子撞击重金属元素的核（铀、钚）聚变能：不同轻元素的原子核进行聚合（氘、氚）反应堆热中子反应堆：铀235为燃料，低中子撞击，目前采用快中子反应堆：铀238、钚239为燃料，高速、高能中子 撞击，效率高100倍，个别国家使用1kg铀235相当于2700t煤2026/2/1366第二节

电能变换和电源构成按减速剂分轻水堆（86%）压力堆（PWR）：3/4沸水堆（BWR）重水堆气体冷却堆1951年第一座100KW核电站在美国现在全世界有441座，总装机3.5亿kw我国秦山（30+2*60+2*70），大亚湾（2*90万KW）2026/2/1367第二节

电能变换和电源构成2004年7月前701万kw（9座），即将在浙江三门、广东阳江，江苏田湾各建200万kw，投资500亿人民币2020年我国装机达9.5亿kw,其中核电4000万kw未来15年计划修建40座100万kw核电站核电投资大：1.1~1.65万元/kw；火电：4000元/kw建设周期：核电70个月；火电：30个月核电比火电寿命长30年2026/2/1368第二节

电能变换和电源构成五、核电厂2026/2/1369第二节

电能变换和电源构成五、核电厂2026/2/1370第二节

电能变换和电源构成五、核电厂2026/2/1371第二节

电能变换和电源构成六、新能源发电和电力储存2026/2/1372第三节

电力系统的负荷一、负荷类型负荷—用电设备在某时刻从系统中取用的功率负荷类型异步电动机同步电动机各类电炉整流设备电子仪器电灯负荷变化是随机的—规律性用负荷曲线表示2026/2/1373线性变化：描述日平均负荷变化规律周期变化：描述以24h为周期的变化规律负荷的具体组成对负荷特性有决定性影响74第三节

电力系统的负荷二、负荷曲线负荷曲线及表示法日负荷曲线—安排电能生产计划的基础年负荷曲线—安排检修计划、装机计划的依据2026/2/1375第三节

电力系统的负荷1、日负荷曲线日用电量：

日平均负荷：负荷率：

kp=pav/pmax2026/2/1376第三节

电力系统的负荷2、年负荷曲线年用电量：Tmax=W/Pmax2026/2/1377第四节

电力系统运行的特点及要求一、运行特点

电能不能大量储存，发电、变电、输电和用电同时进行。

过渡过程非常迅速（30万KM/S）

电力和国民经济各部门关系密切

电力系统电能质量要求高，对电压、频率、波形都有严格的国家标准。2026/2/1378第四节

电力系统运行的特点及要求二、运行要求最大限度地满足用户的用电要求保证供电的可靠性（30~40倍，分类负荷）保证电能质量（电压、频率、波形）提高电力系统的经济性2026/2/1379第五节

电力系统的电压等级一、电力系统标称电压和最高电压标称电压经济电压：电压高，损耗小绝缘水平高，投资大制定标准电压，以便实现互联最高电压：正常运行时，系统中出现的电压最高值二、电气设备的额定电压和最高电压最高电压：考虑设备的绝缘性能确定的最高运行电压值额定电压：电气设备在此电压下长期工作，效率和寿命最好2026/2/1380第五节

电力系统的电压等级三、如何确定电气设备的额定电压=电网额定电压升压变：=发电机额定电压同一标称电压下，不同电气的额定电压是不同的1、用电设备允许偏差2、线路首末端允许偏差1.05UN0.95UNU2U1UN3、发电机在首端：额定电压高出接入电网电压5%4、变压器一次侧：用电设备降压变：=电网额定电压UN二次侧：发电设备额定电压为空载电压内部损耗约5%二次电压高出10%2026/2/1381第五节

电力系统的电压等级三、如何确定电气设备的额定电压2026/2/1382第五节

电力系统的电压等级四、不同标称电压下传输距离和传输功率范围2026/2/1383第五节

电力系统的电压等级五、电压等级的电压等级的划分100多年来，输电电压由最初的13.8kV逐步发展到20，35，66，110，134，220，330，345，400，500，735，750，765，1000kV。输电电压一般分高压、超高压和特高压。高压(HV)：35~220kV；超高压(EHV)：330~750kV；特高压(UHV)：1000kV及以上。高压直流（HVDC）：±600kV及以下；特高压直流（UHVDC）：±600kV以上，包括±750kV和±800kV。2026/2/1384六、各电压等级输电线路的输电能力电压(kV)22033050011001500功率(MW)13229588551809940距离(KM)100-200300-500500-10002000-3000走廊(M)4590120PU2，故电压等级提高1倍，输送功率提高4倍以上，但输电距离超过100KM时,可能出现稳定问题。2026/2/1385第六节

电力系统的接线及中性点接地接线图（电气元件连接图）地理接线图电气接线图1、地理接线图（元件的相对地理位置及输电线路距离）一、电力系统接线图及接线方式2026/2/1386第六节电力系统的接线及中性点接地2、电气接线图无备用：结构简单、投资少、可靠性差有备用：每个用户由两个或以上电源供电2026/2/1387第六节电力系统的接线及中性点接地二、电力系统中性点接地方式中性点接地的影响

交流输电